Введение к работе
Актуальность темы. С каждым годом расширяется круг важнейших научно-технических задач, решение которых возможно лишь при использовании достижений криогенной техники. Открытие в 1986 году группы высокотемпературных сверхпроводников, имеющих критическую температуру, превышающую температуру.кипения азота качественно повысило практическое значение этого уровня температур для охлаждения микроустройств на их базе и привело к активизации работ по созданию и совершенствованию их систем криогенного обеспечения (СКО.).
Воспроизведение при исследовании подобных устройств многочисленных внешних воздействующих факторов приводит к появлению новых уникальных систем криостатирования. Существующие системы на базе криостатов не отвечают требованиям удобства эксплуатации и имеют недостаточную тепловую защищенность, которая изменяется в зависимости от условий эксперимента. Их теплоизоляция имеет, как правило, сложное конструктивное решение, реализация-которого связана с немалыми материальными затратами.
Качество теплоизоляции становится фактором, определяющим работоспособность подобных систем, осуществляющих термостатирование удаленных от генератора холода объектов. Наиболее эффективный метод его оценки - математическое моделирование.
Существующие методы теоретического исследования теплоизоляции криогенных систем'позволяют рассматривать конструкции простейших форм: цилиндр, сфера и г^оский слой. Оценка качества других конструктивных решений при их помощи приводит к ошибкам, влияющим на эффективную работу системы в целом.
Цель работы. Состоит в разработке метода теоретического исследования теплообмена в низкотемлературной изоляции систем криогенного обеспечения, позволяющего рассматривать изолированные конструкции произвольной геометрической конфигурации, в разработке пакета программ, реализующих математическую модель, а также - в. разработке конструкции системы криогенного обеспечения объектов с малыми собственными тепловыделениями.
Методы исследования. Математическая модель исследования тепловых процессов основана на использовании метода конечных элементов для задач теории поля на плоскости. Экспериментальное исследо-звание процессов в низкотемпературной изоляции проводится в соответ
ствии с методом вспомогательной стенки.
Научная новизна. Разработана методика теоретического анализа установившегося и неустановившегося теплообмена в теплоизоляции. криогенных систем, которая имеет сложную геометрическую форму.
Предложена математическая модель теплообмена в условиях сво-бодномолекулярного режима высоковакуумной изоляции, конструктивное решение которой также может иметь сложную геометрическую форму.
.Практическая ценность. Способы теоретически исследования теплоизоляции позволяют рассматривать конструкции сложной геметри-ческой конфигурации, что подтверждено экспериментально. .
Разработанная конструкция криостата отличается удобством в эксплуатации, имеет хорошую тепловую защищеннность. Конструкция его защищена авторским свидетельством на изобретение. Разработка осуществлялась для института полупроводников СО РАН.
Апробация работы. Вопросы, рассмотренные в диссертационной работе докладывались на конференции "Энергетика, электромеханика и промышленная электроника" (1990 г., г.Омск), на Всесоюзной научно-технической конференции "Уояод. - народному хозяйству" (1991 г., г.Санкт-Петербург).
Публикации. По материалам диссертации опубликована печатная работа. По результатам исследования лабораторного криостата получено авторское свидетельство на изобретение.
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения и приложений. Работа изложена па 112 машинописного .текста, содержит 27 рисунков, I таблицу и приложение. Библиография включает 103 наименования.